Экстренные и долговременные адаптивные реакции при кислородной недостаточности.

Гипоксия — типовой патологический процесс кислородного голода­ния клеток, возникающего как при недостаточной поставке кислорода, так и при нарушении его использования в клетках.

Умирание клетки, протекающее по механизму некробиоза, независи­мо от его первопричины включает развитие прогрессирующей клеточной гипоксии. Апоптоз, хотя и начинается без выраженнной гипоксии, харак­теризуется развитием гипоксии клетки на далеко зашедших стадиях. Стресс защищает от крайне широкого круга патогенных факторов именно путем увеличения резистентности к острой гипоксии, то есть «неспецифическая резистентность» в данном случае может быть понята как антигипоксическая резистентность. Даже дест­рукция клетки свободными кислородными радикалами при избытке окис­лителя — гипероксии все равно предусматривает, на определенном эта­пе, нарушение ими структуры и функции митохондрий и тканевую гипоксию, пусть и на фоне гипероксии.

Гиперкапния — избыточное парциальное напряжение двуокиси уг­лерода в крови (оценивается по венозной крови), не всегда сопровождает гипоксию (отсутствует при гипобарической ги­поксии, при дыхательной гипоксии связанной с шунтовыми формами дыхательной недостаточности (ДН), например, при горной болезни и на высоте бронхиального астматического приступа). Гиперкапния — силь­нейший гуморальный стимулятор дыхательного центра. Двуокись угле­рода — важный эндогенный антиоксидант, позволяющий оттянуть нео­братимую стадию гипоксического некробиоза. Гиперкапния способствует ацидозу. Умеренная гиперкапния не является отягощаю­щим фактором при гипоксии.

Гипокапния — недостаточное парциальное напряжение двуокиси уг­лерода в крови. Гипокапния может быть следствием гипервентиляции. Гипокапния вызывает рефлекторное снижение мозгового кровотока, тор­мозит дыхательный центр и способствует развитию алкалоза и некото­рых сердечных аритмий. Гипокапния сопровождает гипобарическую ги­поксию и отягощает ее течение. Гипокапния возможна при некоторых формах дыхательной гипоксии (при паренхиматозной дыхательной не­достаточности и при вентиляционной ДН с выраженным обструктив-ным синдромом).

При острой гипоксии мобилизуются срочные компенсаторные меха­низмы, основанные на гиперфункции дыхательной, сердечно-сосудистой систем и эритрона. На уровне клеток компенсаторные механизмы связа­ны с активацией гликолиза. Буферные системы, реактивируемые почками и легкими, стремятся поддержать рН.

При хронической гипоксии мобилизуются долгосрочные компенсатор­ные механизмы, основанные на гипертрофии и гиперплазии в пределах дыхательной, сердечно-сосудистой систем и эритрона. Как и любой другой патологический процесс, гипоксия развива­ется в две стадии — компенсации (возможным поддерживать нормальное снабжение тканей кис­лородом вопреки нарушению доставки его) и декомпенсации (При истощении приспо­собительных механизмов развивается стадия декомпенсации или собственно кислородное голодание).

Компенсаторно-приспособительные реакции:

Увеличение легочной вентиляции - рефлек­торное возбуждение дыхательного центра импульсами с хеморецепторов сосудистого русла, синокаротидной и аортальной зон, которые обычно реагируют на изменение химиче­ского состава крови и в первую очередь на накопление углекислоты (гиперкапния) и ионов водорода.

Повышение количества эритроцитов и гемоглобина увеличивает кислородную емкость крови. Выброс крови из депо может обеспе­чить экстренное, но непродолжительное приспособление к гипо­ксии. При белее длительной гипоксии усиливается эритропоэз в ко­стном мозге, о чем свидетельствуют появление ретикулоцитов в крови, увеличение количества митозов в эритронормобластах и ги­перплазия костного мозга.

Изменения кривой диссоциации оксигемоглобина - повышается способность молекулы гемоглобина А присоединять кислород в легких и отдавать его тканям.

Механизмы долговременной адаптации к гипоксии: то, что выше может обеспечить стойкого и дли­тельного приспособления к гипоксии, так как требует для своего осуществления повышенного потребления кислорода, сопровожда­ется повышением интенсивности функционирования структур (ИФС) и усилением распада белков. Аварийная гиперфункция требует со временем структурного и энергетического подкрепления, что обеспечивает не просто выживание, а возможность активной физической и умственной работы при длительной гипоксии.

Установлено, что в системах, ответственных за тран­спорт кислорода, развиваются явления гипертрофии и гиперплазии - увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, мио­карда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счет увеличения количества функционирующих ка­пиллярных сосудов и их гипертрофии (увеличения диаметра и длины). Это приводит к нормализации интенсивности функционирования структур. Гиперплазию костного мозга тоже можно рассматривать как пластическое обеспечение гиперфункции системы крови.

Получены данные о том, что при длительной акклиматизации к высотной гипоксии улучшаются условия диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь благодаря повышению проницаемос­ти легочно-капиллярных мембран, увеличивается содержание мио-глобина, который представляет собой не только дополнительную кислородную емкость, но и обладает способностью стимулировать процесс диффузии О₂ в клетку.

Большой интерес представляют адаптационные изменения в си­стеме утилизации кислорода. Здесь принципиально возможно сле­дующее: 1) усиление способности тканевых ферментов утили­зировать кислород, поддерживать достаточно высокий уровень окислительных процессов и осуществлять нормальный синтез АТФ вопреки гипоксемии; 2) более эффективное использование энергии окислительных процессов (в частности, в ткани головного мозга ус­тановлено повышение интенсивности окислительного фосфорили-рования вследствие большего сопряжения этого процесса с окисле­нием); 3) усиление процессов бескислородного освобождения энергии при помощи гликолиза (последний активизируется продук­тами распада АТФ, а также вследствие ослабления ингибирующего влияния АТФ на ключевые ферменты гликолиза).

Другой механизм адаптации к гипоксии заключается в увеличе­нии количества дыхательных ферментов и мощности системы мито­хондрий путем увеличения количества митохондрий. Начальным звеном - торможение окисления и окислитель­ного ресинтеза аденозинтрифосфорной кислоты при недостатке кислорода, в результате чего в клетке уменьшается количество макроэргов и соответственно увеличивается количество продуктов их распада. Соотношение [АДФ] х [Фн]/[АТФ], обозначаемое как потенциал фосфорилирования, увеличивается. Этот сдвиг является стимулом для генетического аппарата клетки, активация которого приводит к увеличению синтеза нуклеиновых кислот и белков в си­стеме митохондрий. Масса митохондрий увеличивается, что означает увеличение числа дыхательных цепей. Таким путем восстанавлива­ется или повышается способность клетки вырабатывать энергию вопреки недостатку кислорода в притекающей крови.

Описанные процессы происходят главным образом в органах с на­иболее интенсивной адаптационной гиперфункцией при гипоксии, т.е. ответственных за транспорт кислорода (легкие, сердце, дыхательные мышцы, эритробластический росток костного мозга), а также наиболее страдающих от недостатка кислорода (кора большого мозга, нейроны дыхательного центра). В этих же органах увеличивается синтез струк­турных белков, приводящий к явлениям гиперплазии и гипертрофии. Таким образом, длительная гиперфункция систем транспорта и утили­зации кислорода получает пластическое и энергетическое обеспечение (Ф.З.Меерсон). Эта фундаментальная перемена на клеточном уровне меняет характер адаптационного процесса при гипоксии. Расточитель­ная гиперфункция внешнего дыхания, сердца и кроветворения стано­вится излишней. Развивается устойчивая и экономная адаптация.

Повышению устойчивости тканей к гипоксии способствует ак­тивизация гипоталамо-гипофизарной системы и коры надпочечни­ков. Гликокортикоиды активизируют некоторые ферменты дыха­тельной цепи, стабилизируют мембраны лизосом.

При разных видах гипоксии соотношение между описанными приспособительными реакциями может быть различным. Так, например, при дыхательной и циркуляторной гипоксии ограничены возможности приспособления в системе внешнего дыхания и крово­обращения. При тканевой гипоксии неэффективны приспособи­тельные явления в системе транспорта кислорода.

Моделирование острой Гипоксии - Течение кислородного голодания у взрослого и новорож­денного животного. Порядок проведения опыта. Берутся взрослая мышь и новорожденный крысенок (т.к.мышата слишком малы, крысёнок по размерам, как взрослая мышь, таким образом на результатах опыта меньше сказываются различия в абсолютном по­треблении кислорода). Животные помещаются в барокамеру. Выкачивается воздух и создает­ся разрежение, величина которого контролируется по манометру (шкала показывает доли от 1 атмосферы). Для того чтобы определить величину давления в барокамере, нужно 760 мм рт. ст. умножить на величину давления, определяемую по манометру. Регистрируется изменение дыхания (поверхностное, ча­стое, периодическое, агональное) изменение координации движения (бес­покойство, потеря устойчивости, отдельные подергивания конечностей, общие судороги, кома); изменение окраски кожи, ушей, лапок, экзофтальм.